基于MMS与分布式对象技术的制造自动化通讯系统设计

王 涛

（江西电力高级技工学校，南昌 330043）

0 引言

制造数字化、自动化、集成化等新理念的提出，创新了制造模式，使其更趋现代化和智能化，但怎样高效地实现这些新模式也给制造业，特别是该领域的研究人员提出了新的挑战。同时，越来越多的智能电子设备不断涌现, 这些设备不仅具有很强的当地控制功能，还有很强的通信能力，如何更充分地利用其效能以完成所需功能也是急需解决的问题。计算机网络技术全球化可以实现设计、制造各个环节的信息与知识的流通与集成，极大地实现资源共享和优化组合，这能在很大程度上解决了上述问题。这就需要将各个设备统一在一个框架之下，最根本的方法是把通讯协议统一起来，制造报文规范（Manufacturing Message Specif i cation，MMS）正是在这种背景下产生的。但是MMC并未对客户机/服务器间的通讯方式进行相应的规定，还需要寻求统一的通讯方式。目前，主要是采用分布式对象技术来完成通讯设计问题，最终实现基于MMS的制造自动化。

1 MMS简介

为了规范工业领域具有通信能力的智能设备之间的通信行为，增强各制造商设备间的互操作性，使系统集成变得简单方便，实现资源共享，国际标准化组织（ISO）制定了一套独立的国际标准报文规范MMS[1]。国际标准IS0-9506 系列 （对应国家标准 （GB/T 16720-1996））给出了MMS 的服务定义和协议规范以及四种典型的可编程设备的伴随标准机器人数控机床可编程逻辑控制器PLC 和过程控制。MMS 具有良好的通用性和互操作性，是许多国际标准的基石，对其进行理论和应用研究具有重要意义。

基于开放系统互联(Open System Interconnect，OSI)网络模式的MMS 为制造系统具备信息交换能力的设备间定义了统一的通信语言框架。具体地，MMS对实体设备模型和所需的服务过程进行抽象以得到抽象模型，进而对该抽象模型、其特性以及其操作进行定义。MMS一共定义了16种对象和86 种服务。其中之一便是虚拟制造设备（Virtual Manufacturing Device, VMD）, VMD抽象地描述了一个实际制造设备的网络可见部分的行为，VMD模型能使设备之间具有很高的互操作性，同时可使MMS与具体制造设备的内部特性无关[2]。这样只需根据VMD 模型及VMD之间的映射功能，相应的实体设备就可以进入0SI 环境而成为开放的互连设备，实现相应的功能。MMS 只要针对统一的VMD进行管理控制，就可完成对实体设备的操作而从VMD 到实体设备的映射功能则需根据不同设备的具体特性选择相应的伴随标准来实现。

MMS采用客户/服务器（Client/Server）模型来描述服务过程。客户一般是一个应用进程，它通过请求原语向服务器发出服务请求；服务器是用于实现特定MMS 服务的VMD 与实体设备的统一体。从客户端看服务器仅是一个VMD ，客户只需发出操作VMD 的请求（服务），而在服务器端这些请求的操作被映射到实设备，进而实体设备执行相应的操作并将结果报告给VMD，VMD再根据实体设备的报告修改内部的逻辑状态及有关属性并将结果返回给客户，完成一次客户/服务器的信息交流，流程如图1，其中PDU（Protocol Data Unit）为协议数据单元，而MMPM（Manufacturing Message Protocol Machine）为制造信息协议机。

图1 MMS的客户和服务器通讯模型

目前，MMS 技术已广泛用于工业过程控制、工业机器人等领域[3]，其在电力系统远动通信协议中的应用也越来越广泛[4]，其他应用如文献[5]、[6]。但大多数情况均是基于不同的操作系统平台开发出各自的MMS 通信系统，即用软件的方式实现MMS 协议，其主要缺点是缺乏统一的研究框架、移植自适应差，难于充分实现不同厂商智能设备间相互通信及资源共享；在MMS的硬件实现研究方面，国内还没有相关成果报道，国外已经开发出了MMS嵌入式产品UCA/MMS In-a-LINUX-box，但也有其缺点还是很突出，如实现程序和方法完全固化在板卡中，难以升级以及其采用的是以太网通讯，难以充分利用现有的工业总线。因此，研究开发一种应用层遵循国际标准，具有我国自主知识产权和市场竞争力，克服现有产品缺点的MMS 嵌入化方法有重要意义[1]。

2 基于MMS与分布式对象技术的通讯设计

MMS虽然定义了智能通讯设备间的统一通讯语言框架，但并未对客户/服务器间的具体通讯方式进行相应的规定，因此为实现自动化制造系统中各控制实体设备间实时的报文通讯，还需要依据使用要求设计实时通讯方法。此处仅对基于MMS和分布式对象技术的通讯实现方法进行简述。

分布式对象技术是伴随网络而发展起来的一种面向对象的技术，它有效地提高了分布式对象之间良好的互操作性，其现已成为建立服务应用框架和软件构件的核心技术，在开发大型分布式应用系统中表现出极大地优越性。目前，分布式对象技术形成了两个主流技术方向，即对象管理组织（Object Management Group，OMG）的公用对象请求代理体系结构（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）与微软（Microsoft，Micro）的分布式组件对象模型（Distributed Component Object Model，DCOM），两者各有优势，简要比较见表1[7]。

表1 两种主要分布式对象技术的比较[2]

具体应用时，需按具体的情况选用，而且也已有很多可以借鉴的案例。

基于CORBA—MMS的通讯系统设计，如文献[2]构建了基于CORBA—MMS的自动化制造控制系统通讯系统结构，同时还对实际制造系统中实体设备的通讯接口进行了设计，并在无锡职业学院的单元自动化控制系统中得到了验证；文献[9] 介绍了基于CORBA 的面向对象MMS 协议的实现原理及异同步机制，还对MMS引入了必要的新对象，对该协议进行了扩展。

基于DCOM—MMS的通讯系统设计，如文献[8]系统地设计并开发了一个基于DCOM—MMS的分布式可重配置机器人控制系统，并用原型系统进行了验证；文献[10]对CORBA—MMS和DCOM—MMS进行了比较，并基于C++开发了系统原型对所构建的DCOM—MMS进行了验证；文献[11]构建了基于Web—MMS构建了车间制动化通信模型，并利用Petri网对其动态行为特性进行了分析，也通过实验原型对其性能进行了验证。

3 结束语

网络集成自动化制造已成为制造业的发展趋势，结合MMS和分布式对象技术进行制造自动化的通讯系统设计，可以极大地提高制造系统各智能设备的互操作性，从而提高企业的竞争能力。

虽然MMS已得到了广泛的应用、针对MMS和分布式对象技术的通讯系统设计也得到了很多仿真或实验论证，但也有很多需要进一步研究或创新的内容：如对原有的MMS进行完善以满足最新科技的应用；进行MMS嵌入化研究；构建统一的研究框架，寻求通用的建模或实现方法；进行比较研究确定最优的设计模型等。

[1] 田汉平, 段斌.MMS 嵌入化研究[J].电脑与信息技术,2008, 16(3): 17～20.

[2] 周炳海, 王世进, 王国龙, 等.基于CORBA—MMS的制造自动化通讯系统设计[J].计算机集成制造系统, 2005,11(1): 17～21.

[3] Sengoda G.Shanmuguam, Terrence G.Beaumariage,Chell A.Roberts, et al.Manufacturing Communication: A Review of the MMS Approach[J].Computers Industrial Engineering, 1995, 28(1): 1-21.

[4] 王德文, 张长明, 李源, 等.基于ACSI/MMS网关的电力远动通信的研究[J].华北电力大学学报, 2008, 35(4):18～22.

[5] 李整, 朱永利.基于OOPN的MMS通信服务的建模及实现[J].微计算机信息, 2008, 24(30): 97-99.

[6] 丁青锋, 杨丰萍.采用ASN.1规则的MMS PDU编码系统研究[J].城市轨道交通研究, 2010, 13(10): 57-59.

[7] 丁力, 王晓茹, 王林.I EC 61850标准中MMS映射分析及其编码/解码模块的设计[J].电力系统保护与控制, 2008,36(12): 69-73.